En las profundidades de los Alpes, los científicos apenas pueden contener su entusiasmo.
Susurran sobre descubrimientos que alterarían radicalmente nuestra comprensión del Universo.
«He estado buscando la quinta fuerza desde que soy físico de partículas», dice el Dr. Sam Harper. «Quizás este es el año».
Durante los últimos 20 años, Sam ha estado tratando de encontrar pruebas de una quinta fuerza de la naturalezasiendo la gravedad, el electromagnetismo y dos fuerzas nucleares las cuatro que los físicos ya conocen.
Está cifrando sus esperanzas en una importante renovación del Gran Colisionador de Hadrones. Es el acelerador de partículas más avanzado del mundo: una gran máquina que aplasta los átomos para separarlos y descubrir qué hay dentro de ellos.
Se ha mejorado aún más en una actualización de tres años. Sus instrumentos son más sensibles, lo que permite a los investigadores estudiar la colisión de partículas desde el interior de los átomos en mayor definición; su software ha sido mejorado para que pueda tomar datos a una velocidad de 30 millones de veces por segundo; y sus haces son más estrechos, lo que aumenta considerablemente el número de colisiones.
Lo que todo esto significa es que ahora existe la mejor posibilidad de que el LHC encuentre partículas subatómicas que son completamente nuevas para la ciencia. La esperanza es que haga descubrimientos que desencadenen la mayor revolución en física en cien años.
Además de creer que pueden encontrar una nueva quinta fuerza de la naturaleza, los investigadores esperan encontrar evidencia de una sustancia invisible que constituye la mayor parte del Universo llamada Materia Oscura.
La presión está sobre los investigadores aquí para cumplir. Muchos esperaban que el LHC ya hubiera encontrado evidencia de un nuevo reino de la física.
El LHC es parte de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, conocida como Cern, en la frontera entre Suiza y Francia, en las afueras de Ginebra. A medida que uno se acerca, parece un complejo anodino: bloques de edificios de oficinas y dormitorios de la década de 1950, que se extienden a lo largo de un sitio de dos millas y media cuadradas de césped bien cuidado y caminos sinuosos que llevan el nombre de físicos venerados.
Pero 100 metros bajo tierra, es una catedral para la ciencia. Pude ir al corazón del LHC, a uno de los detectores gigantes que hizo uno de los mayores descubrimientos de nuestra generación, el bosón de Higgs, una partícula subatómica sin la cual muchas de las otras partículas que conocemos no tendrían masa. . El detector Atlas tiene 46 m de largo y 25 m de alto. Es uno de los cuatro instrumentos del LHC que analizan las partículas creadas por el LHC.
Son 7.000 toneladas de metal, silicio, electrónica y cableado, ensamblados de manera intrincada y precisa. Es una cosa de gran belleza. «Majestad» es la palabra utilizada por la Dra. Marcella Bona de la Universidad Queen Mary de Londres, quien es una de las científicas que utiliza el detector Atlas para sus experimentos.
Estoy asombrado por la vista, ya que Marcella me cuenta sobre las mejoras en el detector durante los tres años de inactividad del LHC.
«Va a ser dos o tres veces mejor, en términos de la capacidad de nuestro experimento para detectar, recopilar y analizar datos», me dice. «Toda la cadena experimental ha sido mejorada».
En medio del traqueteo y los golpes de los ingenieros que terminan la remodelación de Atlas, me resulta difícil imaginar que se necesita algo tan grande para detectar partículas que son muchas veces más pequeñas que un átomo.
El LHC tiene cuatro detectores de este tipo, cada uno de los cuales realiza experimentos diferentes. Justo en el centro de estos gigantescos detectores, las partículas conocidas como protones, que se encuentran en el núcleo de los átomos, chocan entre sí después de ser aceleradas cerca de la velocidad de la luz alrededor de un anillo de 17 millas de circunferencia.
Las colisiones crean partículas aún más pequeñas que salen volando en diferentes direcciones. Su camino y energía son rastreados por los sistemas detectores, y es este rastro el que les dice a los científicos qué tipo de partícula es, algo así como determinar la especie y las características de un animal a partir de sus huellas.
Casi todas las partículas más pequeñas que surgen de las colisiones ya son conocidas por la ciencia. Lo que buscan los físicos aquí es evidencia de nuevas partículas, que pueden surgir de las colisiones, pero se cree que se crean muy raramente.
Son estas partículas no descubiertas las que los físicos creen que son la clave para desbloquear una visión completamente nueva del Universo. Su descubrimiento crearía el mayor cambio en el pensamiento físico desde las teorías de la relatividad de Einstein.
Los ingenieros han pasado los últimos tres años actualizando el LHC para producir más colisiones en un espacio de tiempo más corto. La máquina reacondicionada tiene muchas más posibilidades de crear y encontrar las nuevas partículas que rara vez se crean. Gran parte de ese trabajo ha sido dirigido por el Dr. Rhodri Jones, quien se regocija con su título de «Jefe de vigas».
Me reuní con Rhodri en el área de ensamblaje de imanes de Cern, que se parece a un gran hangar de aviones. Aquí, los ingenieros están renovando los imanes cilíndricos de 15 metros de largo que desvían los haces de partículas alrededor del acelerador. Este es un trabajo de precisión sin ningún margen de error.
Rhodri me dice que su equipo ha hecho que los haces sean más estrechos, de modo que se comprimen más partículas en un área más pequeña. Esto aumenta enormemente las posibilidades de que las partículas choquen entre sí.
«Estamos observando procesos muy raros, por lo que cuanto mayor sea el número de colisiones, mayor será la posibilidad de encontrar realmente lo que está sucediendo y ver pequeñas anomalías», dice.
«La mejora en el haz significa que a pesar de toda la física que hemos hecho desde el comienzo de los años que el LHC ha estado en funcionamiento, podremos obtener la misma cantidad de colisiones en los próximos tres años que obtuvimos en esos diez años».
Otra gran mejora ha sido la captura y el procesamiento de los datos de las colisiones. En el LHC renovado, los datos se recopilan de cada uno de los cuatro detectores a una velocidad vertiginosa de 30 millones de veces por segundo. Esto es, por supuesto, demasiado para una mente humana, pero cualquiera de las colisiones puede contener la evidencia crucial de la existencia de una de las nuevas partículas que los científicos están buscando.
El software del LHC se ha actualizado para que busque automáticamente en todos los datos recopilados y, utilizando las últimas técnicas de IA, identifique y guarde las lecturas que podrían ser de interés potencial para que los científicos las analicen.
La teoría actual de la física subatómica se llama Modelo Estándar. Aunque tiene un nombre poco imaginativo, la teoría ha sido brillante al explicar cómo las partículas subatómicas se unen para crear átomos que forman el mundo que nos rodea. El modelo estándar también explica cómo interactúan las partículas a través de las fuerzas de la naturaleza, como el electromagnetismo y las fuerzas nucleares que mantienen unidos los componentes de los átomos.
Pero el Modelo Estándar no puede explicar cómo opera la gravedad ni cómo se comportan las partes invisibles del Universo, que los físicos llaman Materia Oscura y Energía Oscura. Los científicos saben que estas partículas y fuerzas invisibles existen a partir del movimiento de las galaxias en el espacio, y juntas representan el 95 por ciento del Universo. Pero nadie ha podido aún probar su existencia y determinar qué son.
El LHC se construyó para detectar estas partículas que podrían explicar cómo funciona la mayor parte del cosmos. La Dra. Marcella Bona me dice que ahora hay una esperanza real de que las actualizaciones lo hagan posible.
«Es un momento realmente emocionante», dice radiante. “Hemos trabajado durante los últimos tres años actualizando la maquinaria. Ahora estamos listos”.
Marcella ha ardido de pasión desde el momento en que la conocí. Pero su entusiasmo sube de nivel cuando le pregunto si el descubrimiento de una partícula de materia oscura sería uno de los mayores descubrimientos de la física.
«Yo diría que sí», se ríe, con los ojos muy abiertos, «sí, absolutamente, eso sería increíble», dice, permitiéndose, momentáneamente, deleitarse con la perspectiva muy real de que eso suceda en los próximos meses.
No menos emocionado está el Dr. Sam Harper, el científico que ha pasado las últimas dos décadas buscando la ‘quinta fuerza’ de la naturaleza. Trabaja en otro de los cuatro detectores del LHC llamado CMS, ubicado en el otro extremo del complejo Cern.
Los resultados del LHC antes de que se apagara para la renovación y de varios otros aceleradores de partículas en todo el mundo han encontrado indicios tentadores de esa quinta fuerza. Pero con la potencia extra del LHC, Sam me dice que su búsqueda científica puede terminar pronto.
Y al igual que Marcella, la emoción en su voz aumenta cuando dice en voz alta lo que no se puede decir formalmente en los círculos científicos hasta que haya evidencia firme.
«Esto revolucionaría el campo. Sería el mayor descubrimiento del LHC, el mayor descubrimiento en física de partículas desde, desde…»
Sam hace una pausa, luchando por encontrar las palabras.
«Será más grande que el Higgs».
Cern celebrará el décimo aniversario del descubrimiento del bosón de Higgs a finales de este año. Pero las festividades llaman la atención sobre el hecho de que el LHC, financiado con fondos públicos de 3.600 millones de libras esterlinas, con costos anuales de funcionamiento de 750.000 libras esterlinas, no ha hecho un gran descubrimiento desde entonces. Muchos esperaban, y algunos esperaban, que el acelerador de partículas más poderoso haya descubierto la energía oscura, una quinta fuerza o alguna otra partícula que cambie el paradigma.
Hay mucho en juego en los resultados que los investigadores obtengan en los próximos años porque el Cern pronto presentará propuestas para un colisionador de hadrones aún más grande. El plan más ambicioso, llamado Future Circular Collider (FCC), tendría un anillo de 60 millas de circunferencia, que pasaría por debajo del lago Lemán.
La FCC podría costar un estimado de £ 20 mil millones. A la máquina actual le quedan al menos otros diez años, y varias actualizaciones más que le darán aún más empuje para tratar de descubrir las partículas que cambiarán para siempre la física. Pero los líderes científicos del Cern presentarán pronto su caso para la próxima fase de experimentos de física de partículas. Persuadir a los gobiernos de los países miembros para que se comprometan a un gran aumento de la financiación será más difícil si la última actualización no logra encontrar ni un atisbo de las nuevas partículas en los próximos dos o tres años.
El Dr. Sam Harper confiesa sentirse «un poco aterrorizado» cuando el LHC se embarca en su próxima serie de experimentos.
«Estamos tratando desesperadamente de juntar todo y estamos trabajando muy duro para asegurarnos de que no nos perdamos ninguna nueva física posible. Porque lo peor del mundo será que la nueva física esté ahí, y no encontremos eso.»
Pero superando el terror de Sam hay una intensa emoción sobre lo que deparan los próximos años.
«Lo que impulsa a todos los físicos de partículas es que queremos descubrir lo desconocido y es por eso que cosas como la quinta fuerza y la materia oscura son tan emocionantes porque no tenemos idea de qué podría ser o si existe y realmente queremos encontrar esto afuera.»
Lo que podría ser la primera grieta en el modelo estándar fue descubierto por investigadores de Fermilab, el equivalente estadounidense del LHC a principios de este mes.. En los próximos meses y años, los investigadores del LHC buscarán confirmar su resultado y encontrar muchas más fisuras en la teoría actual hasta que se desmorone para dar paso a una teoría nueva, unificada y más completa sobre cómo funciona el Universo.
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